金属工艺学第五章典型表面加工分析

一、概述
• 古代的齿轮是用手工修锉成形的; • 1540年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，
制成一台使用旋转锉刀的切齿装置； • 1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮
加工机床，并有切削齿条和内齿轮的附件； • 1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能
加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床。 返回
• 1835年，英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的 专利；
管螺纹：要求密封性及连接可靠性 传动螺纹：传递运动、动力或位移。牙型多为
梯形或锯齿形。 要求传动准确、可靠、接触良好、耐磨。
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• 加工方法：
切削、滚压 一、攻螺纹和套螺纹
加工直径较小的三角螺纹，精度低。
丝锥
扳牙
二、车螺纹
• 成形车刀 • 螺纹梳刀
三、铣螺纹 1、盘形铣刀铣削螺纹 2、梳形铣刀铣螺纹
第五章 典型表面加工分析
第一节 外圆面的加工 第二节 孔的加工 第三节 平面的加工 第五节 螺纹的加工 第六节 齿轮齿形的加工
不论零件多么复杂，其表面都可以由一些 典型的表面构成，因此，零件的加工过程就是 表面的形成过程。欲获得符合要求的表面，应 包括形状、尺寸及达到一定的技术要求。同一 零件的不同加工方法获得的精度不同，同一精 度的加工方式也多种多样。
粗加工时，背吃刀量和进给量大，切削力 大，产生的切削热多。由于工件受力变形、受 热变形以及内应力重新分布等，将破坏已加工 表面的精度，因此，只有在粗加工之后再进行 精加工，才能保证质量要求。
另外，分阶段加工，有利于合理利用机 床，保持精密机床的精度，延长机床寿命。
第一节 外圆面的加工 一、各种表面的加工要求
三、插齿
1、加工原理
相当于一对圆柱齿轮啮 合运动。插齿刀就是一个具 有切削刃的齿轮。
插齿机
插齿刀
2、主要运动
• 主运动：插齿刀的直线往复运动； • 分齿运动：插齿刀与工件各绕自身轴线旋转
的啮合运动； 运动关系为： • 径向进给运动：插齿刀的向工件的径向进给
运动，以切出工件的轮齿的 齿长。 • 让刀运动：在插齿刀返回时，工件相对于插 齿刀的径向退让运动。以避免刀 面与已加工表面发生摩擦。
特点：成形刀具与被切齿轮齿槽同形。齿形精 度低，只能用于低速的 齿轮传动。
• 展成法 特点：刀具与齿轮发生啮合运动。齿形精度高，
需专用设备。
二、铣齿 属于成形法加工。
加工原理： 铣削时，铣刀做旋转主运动，工件随工作
台作纵向进给运动。每铣完一个齿后，工件纵 向退回原处，进行分度后，再铣下一个齿槽， 直至全部齿槽铣完为止。
2、三种运动 ： • 主运动：即滚刀的旋转运动； • 分齿运动：保证滚刀转速和被切齿轮转速之间
啮合关系的运动； • 轴向进给运动：滚刀沿被切齿轮的轴轴线方向
作垂直进给运动。
注：滚齿时，必须将滚 刀搬动一个角度， 使刀齿运动方向与 被切齿轮的轮齿方 向一致。
五、滚齿与插齿的比较
相同点： • 属于展成法加工； • 生产率均高于铣齿； • 加工精度相当且比铣齿高； • 都可以用同一把刀具加工出同一模数各种
尺寸精度、形状精度、位置精度、表面质量 二、外圆加工
• 主要以车削和磨削为主
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第二节 孔的加工 • 常用的孔：
紧固孔和其它非配合的孔； 回转体零件上的孔； 箱体类零件上的孔； 深孔，即L/D>5~10的孔； 圆锥孔。
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第三节 平面的加工 1. 根据所起的作用，一般分为： • 非结合面 有外观或防腐需要时才加工； • 结合面和重要结合面 零件的固定连接平面； • 导向平面 机床导轨面； • 精密测量工具的工作面
• 1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利； • 1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨
刀按展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机； • 1897年德国的普福特制成带差动机构的滚齿
机，圆满解决了加工斜齿轮的问题 ； • 1897年美国的费洛斯制成了插齿机； • 1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿
锥齿轮的机床；
• 1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥 齿轮刨齿机，又于1913年制成弧齿锥齿轮铣 齿机；1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣 齿机；30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉 削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的 制造；
• 1930年左右在美国制成剃齿机；1956年 制成 珩齿机；
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2. 加工方法的选择 • 回转体； • 其它类型的表面； • 淬硬平面与薄片工件； • 精密平面； • 大批大量生产加工要求较高且面积不大
的平面； • 有色金属零件。
第五节 螺纹的加工 • 常用螺纹： 紧固螺纹 ：用于零件的固定连接，如普通螺纹、
管螺纹。螺纹牙型多为三角形。 普通螺纹：要求旋入性及连接可靠性
粗加工：切除各加工表面上的大部分加工余 量，并完成精基准的加工。
先进行粗加工，可以及时发现毛坯的缺陷， 如砂眼 、裂纹、局部余量不足等，避免对不合 格毛坯继续加工而造成浪费。
半精加工：为各主要表面的精加工作准备（达 到 一定的精度要求并留有精加工余量），并完成一 些次要表面的加工。
精加工：获得符合精度和表面粗糙度要求的表 面。
2、特点 • 剃齿精度可达7～6级，表面粗糙度Ra0.8～
0.4μm； • 主要用于提高齿形精度和降低表面粗糙度； • 生产率高，适应于大批量的齿轮精加工。
二、珩齿
加工原理与剃齿相同。主要作用是降低齿面 粗糙度。生产率高，一般用于大批量加工8～6 级精度的淬火齿轮。
三、磨齿
是一种最重要的齿形精加工方法，既可磨 削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工 精度可达6～4级, Ra0.4～0.2μm。
应采用哪种方法加工？为什么？ 4、成批生产铣床工作台台面(铸铁
L×B=1250mm×300mm，Ra1.6μm)的加工 方案如何？ 5、分别说明插齿与滚齿有哪些对应的运动。
• 1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿 锥齿轮铣齿机；
1、技术要求
• 传递运动的准确性； • 传动的平稳性； • 载荷分布的均匀性； • 传动侧隙。
2、精度
齿轮及齿轮副共有12级精度，由高到 低为1~12级，7级为常用级。
3、加工方法 齿轮加工的关键是齿形加工，按照成形 原理分为两类： • 成形法
不同齿数的齿轮； • 都适于大批大量生产。 不同点： • 加工质量
• 生产率 • 应用
齿轮精加工 常用： 剃齿、珩齿、
挤齿、磨齿、 研齿
一、剃齿
剃齿是用剃齿 刀对齿轮的齿面进 行精加工的方法。
剃齿机
1、加工原理
剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成 运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃 齿刀螺旋角β。剃齿刀的圆周速度分解为沿工 件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度， 从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件 表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带 动工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。
铣刀的选择：
其中，当量齿数
Z当

Z
cos
式中：z——工件齿数；β——工件螺旋角
齿轮铣刀分号
铣刀号数
1
2
3
4
5
6
7
8
铣制的齿数范围 12～13 14～16 17～20 21～25 26～34 35～54 55～134 135以上
特点： • 设备为普通铣床，刀具成本低； • 生产率低； • 加工齿轮精度低。
有两种磨齿形式： • 成形法 • 展成法
锥形砂轮磨齿； 双碟形砂轮磨齿。
四、研齿
• 工件与研磨轮自由啮合； • 研磨轮轻微制动； • 啮合面间加入研磨剂； • 齿面产生相对滑动。
本章结束
小测验
1、为什么标准件厂生产外螺纹一般都用滚压方 法？
2、滚齿和插齿的加工质量有何区别？ 3、30件传动轴轴端的紧固螺纹(M20×1-6h)，
3、特点 • 生产率低； • 同一模数的插齿刀可以加工模数相同的各种不
同齿数的圆柱齿轮； • 能加工用滚刀难以加工期内齿轮、多联齿轮、
扇形齿轮和齿条。
四、滚齿
1、加工原理
相当于交错轴斜 齿轮啮合。刀具呈蜗 杆状。
滚齿机
利勃海尔滚齿机
Y31系列立式滚齿机
加工直径(mm)：2000，3150，5000压螺纹 • 两种：搓螺纹、滚螺纹
• 比较： • 搓螺纹生产率高于滚螺纹； • 滚螺纹质量高于搓螺纹； • 搓螺纹加工范围小于滚螺纹。
• 工艺特点：
• 螺纹质量高、性能好； • 材料利用率高； • 生产率高； • 对毛坯精度、材料塑性、硬度要求
高，不适合薄壁件。
第六节 齿轮齿形的加工
为了选取合理的加工方法，应该遵循下列原则： ① 所选加工方法的经济精度及表面粗糙度要与加工
表面的要求相适应；
② 所选加工方法要与零件材料的切削加工性及产品 的生产类型相适应；
③ 几种加工方法配合使用；
④ 表面加工要分阶段进行：
为了保证零件的加工质量，提高生产效率和 经济效益，整个加工过程应分阶段进行，即分为 粗加工、半精加工及精加工三阶段。